A789C51单片机模块电路直流电源设计 第2页
第一章 方案设计与论证
1．1 设计要求：
设计任务：设计出有一定输出电压范围和功能的数控电源。
设计基本要求：
①输出电压：范围0∽9.9V，步进0.1V
②输出电流：500mV
③输出电压由数码管显示
④由“+”、“—”两键分别控制输出电压步进增减
1.2． 总体设计方案与比较：
方案一：通过编码开关来控制存储器的地址；根据地址输出对应的数字量送数模（D/A）进行转换；再根据输出的电压量来控制电流的变化；同时；通过四个编码开关的BCD码送给4511及数码管显示。此方案的优点是电路简单，缺点是数据量大且存储器存储容量有限，在实验过程中发现编码开关不稳定，所以不宜采用。其电路方框图如图1.1所示：
图1.1 方案一方框图
方案二：采用以89C51为核心的单片机系统来控制12位AD7521的数据的输入并将其转换成模拟量输出同时单片机把输入的预值电流送数码管显示，再根据输出的电压量来控制电流的变化，此方案的优点是输入的预值电流信号稳定且避免了大量的数据存储，所以电路设计和制作采用方案二。其电路方框图如图1.2所示：
图1.2 方案二方框图
第二章 模块电路设计及比较
系统硬件以A789C51单片机为核心，外围包括电源模块、数码管显示模块、D/A转换模块及恒流源模块。
2．1 电源模块
设计了两套直流稳压电源，一套为单片机及其外设提供工作电源，另一套为大功率三极管及其电流源负载提供电源，两套电源分开，可以提高系统工作的稳定性。
（1）为单片机系统提供电源的直流稳压电源
该电源按常规设计，输出电压等级有±5V，±15V。电路原理图如图1、图2所示。
图1 +5V电源
图2 －5V与±15V电源
（2）为电流源负载提供功率的电源
在对为电流源负载提供功率的电源进行设计时，我们考虑了两套方案：①直接采用不稳压的整流电源；② 采用直流稳压电源。考虑到系统对容量的要求以及对纹波电流的要求，我们选择了用LM317构成的可调稳压电源。其优点是：① 可以进行预稳压，以提高输出电流对输入交流电源电压变化的稳定度；② 为压控电流源电路提供具有稳压特性且很小纹波的高质量的工作电源，以有效降低
输出电流纹波系数；③ 可以根据输出电压要求合理整定压控电流源电路的工作电压，在LM317和末级功率三极管间分散负担并合理分配功率损耗，方便散热；其电路原理图如图3所示。
图3 1.25～21V可调电源
稳压电源电路输出电压为：
VO = VREF 1 R2/R1+ IADJ R2
输出调节电路中固定电阻Ｒ1取150W，此时
Uomax能满足15V需求，经测量，最大可达到21V。输入输出端滤波电容各取2×4700μF，以减小纹波电压，稳定输出电压，增强带负载能力。选取IN5404，可防止输出输入短路时烧毁芯片。
2.2 数码管显示模块：
74LS164为串行输入并行输出的移位寄存器，可以作为静态显示器接口，接在89C51的串行口上用于数码的显示。数码显示模块如图2.5所示。
图 2.5预值数码显示模块原理图
利用CC7107A/D转换器组装成3.5位数字电压表, 该电路为CC7107,LED和若干无源元件组成的数字电压表电路。该电路采用标准的3.5位显示电路进行显示，其中最高位可以显示千位的 “1”和显示负号。此外，由于该电路的两个输入端即COM 与V+端的电位差具有很高的稳定性，可以作为参考电压源。因此，可以通过分压的方法来扩大它的量程。由于两个输入端最大承受电压为200mV因此要实现最大值为2000mV的显示可以用以下分压形式（本设计所采用的）如图2.6所示：
图2.6 数字电压表的外接电路
通过上面的电路可以测量最大值为2000mV的 电压